O presente artigo foi preparado segundo as normas da revista OrtodontiaSPO.
Resistência mecânica de mini-implantes instalados em diferentes angulações Autores:
Leandro Nicolao Buzatta
- Aluno de Especialização em Ortodontia do ILAPEO – Instituto Latino Americano de Pesquisa e Ensino Odontológico.
Ana Cláudia Moreira Melo
- Mestre e Doutora em Ortodontia pela UNESP/Araraquara
- Professora do Curso de Especialização em Ortodontia do ILAPEO – Instituto Latino Americano de Pesquisa e Ensino Odontológico.
Roberto Hideo Shimizu
- Mestre e Doutor em Ortodontia pela UNESP/Araraquara
- Professor do Curso de Especialização em Ortodontia do ILAPEO – Instituto Latino Americano de Pesquisa e Ensino Odontológico.
Alexsander Luis Golin
Resumo
O objetivo deste estudo foi avaliar o efeito da angulação de mini-implantes na resistência à tração mecânica. Vinte mini-implantes de 1,6x7 mm (Neodent, Curitiba, Brasil) divididos em dois grupos foram instalados em base de osso sintético (Sawbone, Uashon Island, EUA). Os mini-implantes do grupo I foram instalados com angulação de 90º e os do grupo II de 60º . Todas as amostras foram submetidas à teste de tração em máquina de testes universal (Instron 3382) com célula de carga de 5kN. Os mini-implantes inseridos perpendiculares à base óssea suportaram forças maiores, e em média (236 N ± 40,3), em relação aos angulados (média de 231 N ± 22,1). Porém deve-se ressaltar que 1 mini-implante perpendicular fraturou e 9 sofreram deformação estrutural enquanto os angulados não tiveram alteração alguma em sua estrutura. Concluiu-se que não houve diferença estatisticamente significante na resistência dos mini-implantes com diferentes angulações, visto que no teste ambos suportaram forças semelhantes.
Introdução
Durante muito tempo os ortodontistas passaram por dificuldades quando havia a necessidade de movimentações dentárias complexas como mesializações, distalizações, intrusões, extrusões e verticalizações, devido à ausência de uma ancoragem considerada ideal. Isso se deve ao fato de que sempre que um movimento é necessário, a aplicação da força gera uma reação muitas vezes indesejada no dente ou grupo de dentes que servem de apoio à aplicação desta força, em função da 3a lei de Newton1.
No fim dos anos 90 um autor2 estabeleceu um novo marco na Ortodontia, com a introdução dos mini-implantes, sendo o primeiro autor a publicar um caso clínico com ancoragem esquelética, sendo que esta passou a ser amplamente estudada e assim considerada como uma ancoragem ideal para movimentos complexos. A ancoragem esquelética, portanto, se baseia na dissipação da força de reação para as estruturas ósseas, eliminando efeitos adversos decorrentes destas forças indesejáveis1. Dessa forma o uso do mini-implante é de grande valia na clínica ortodôntica para que seja obtida uma boa ancoragem esquelética2.
Os mini-implantes possuem características diversas, variando em comprimento, diâmetro, altura da cinta, forma de instalação, entre outras. Eles podem chegar a ter até 2 mm de diâmetro e 15 mm de comprimento, com grande variação entre marcas e até mesmo nas próprias marcas3-4-5-6-7. Em relação a esta variação de diâmetro e espessura, é importante ressaltar que os mini-implantes mais longos e mais espessos são os que têm maior estabilidade, e um trabalho que se destaca neste aspecto é o de um autor8, que comparou a instalação dos mini-implantes monocorticais e bicorticais. Ele concluiu que os instalados em bicortical são mais estáveis, porém é possível conseguir bons resultados quanto à estabilidade em instalação monocortical, aumentando-se a espessura do mini-implante8,9. É importante ressaltar também que os mini-implantes podem ser auto-perfurantes, ou seja, não necessitar de perfuração prévia da loja óssea com broca, contudo, em situações de grande espessura de cortical óssea, como na mandíbula, deve ser realizada perfuração prévia à instalação do mini- implante7,10 .
Assim muitos experimentos3-4-5-6-7-8,11-12-13-14-15-16foram realizados para avaliar essas taxas de sucesso e insucesso, estabilidade com relação ao gênero, idade, posição nas bases ósseas em cada paciente, e comparações entre as diferentes técnicas de instalação, às características diferenciadas de cada mini-implante e à carga de força aplicada sobre eles. Alguns estudos propuseram a realização de testes mecânicos de resistência à fratura, flexão,
torção, testes de torque máximo de inserção e remoção dos mini-implantes4-5-6,9,12,14-15-16-17-18- 19
.
Porém, apesar do grande número de experimentos com mini-implantes, ainda há algumas lacunas que devem ser preenchidas. Por exemplo, poucos estudos avaliam a resistência dos mini-implantes em função da angulação na qual são inseridos na base óssea18. Por isso nesse trabalho foram realizados testes mecânicos em uma série de mini-implantes instalados perpendiculares e inclinados em relação à base óssea, testando assim qual o comportamento deles frente à aplicação de cargas ortodônticas.
Materiais e Métodos
A amostra do presente artigo constou de 20 mini-implantes, igualmente divididos em dois grupos experimentais. Ao grupo I pertenceram os mini-implantes de 1,6x7mm de cinta média (Neodent, Curitiba, Brasil) instalados em 90° em relação à base óssea e ao grupo II, mini-implantes de 1,6x7mm de cinta média (Neodent, Curitiba, Brasil), porém instalados em 60° em relação à base óssea.
Os ensaios foram realizados utilizando-se corpos-de-prova constituídos de bloco de osso sintético laminado (170x120x42mm) composto por um bloco de poliuretano sólido rígido (ASTM F-1839-08) (Tabela 1) (Figura 1A) e lâmina de epóxi preenchida por fibras com 2mm de espessura (Sawbones, Uashon Island, EUA) (Tabela 1) (Figura 1B).
Tabela 1. Valores de densidade, compressão e tensão da medular e da cortical do osso artificial.
Compressão
Tensão
Densidade Resistência Módulo Resistência Módulo
Pcf g/cc Mpa Mpa Mpa Mpa
Medular 30 0,48 18 45 12 592
Figura 1: (A) Bloco de osso sintético laminado (170x120x42mm). (B) Bloco de osso sintético laminado, evidenciando a espessura menor representando a cortical e a maior representando a medular.
Para instalação dos mini-implantes, inicialmente foi realizada a perfuração com profundidade de 7mm com broca específica de diâmetro inferior ao do mini-implante a ser instalado (1,3mm), com velocidade de 150RPM (Figura 2). A fim de que as perfurações permitissem a instalação dos mini-implantes com as angulações supracitadas, foi utilizada a máquina Veker VK-406V (Alemanha) com uma broca de tungstênio, com as mesmas características de uma broca cirúrgica mas não estéril.
A A
Figura 2: (A) Perfuração perpendicular ao osso artificial. (B) Perfuração em 60 º.
Após a perfuração, a base óssea foi dividida em blocos e os mini-implantes foram instalados com chave tufo manual (Neodent, Curitiba, Brasil), até que duas roscas se mantivessem descobertas (Figura 3). O final da instalação (até recobrimento total das roscas) foi realizado com torquímetro digital (Lutron, modelo TQ-8800) a fim de registrar-se o torque final de inserção.
Figura 3. Mini-implantes sendo inseridos
Imediatamente após confecção dos corpos-de-prova, as amostras foram avaliadas por radiografias digitais (Sirona, Charlotte, EUA) a fim de comprovar a angulação correta (obtida pelo programa Sidexis XG) e a integridade dos mini-implantes Foram traçadas duas linhas horizontais, correspondentes ao limite superior e inferior da lâmina representando a cortical e
A
uma linha representando o longo eixo do mini-implante. Dessa forma a angulação do mini- implante em relação à base óssea era determinada (Figuras 4 A e B). E em seguida foi utilizada a máquina de testes universal Instron 3382 (Norwood, EUA) com célula de carga de 5kN. Os corpos-de-prova foram estabilizados por morsa durante os ensaios, e na cabeça do mini-implante foram aplicadas cargas crescentes, perpendiculares aos mini-implantes instalados em 90º e no sentido do longo eixo de inserção dos mini-implantes angulados em 60º, para ocorrer deformação de 0,5, 1,0, 1,5, 2,0mm ou até a fratura, com velocidade de 0,5mm/min (Figura 5)
Os dados obtidos foram dispostos em forma de tabela e gráfico e encaminhados para avaliação estatística.
Figura 4: (A) Radiografia demonstrando integridade e angulação do mini-implante angulado. (B) Radiografia digital comprovando integridade e angulação do mini- implante perpendicular.
A
Figura 5. Teste de tracionamento sendo realizado
Após realização dos testes, as amostras foram novamente avaliadas por radiografias digitais (Sirona, Charlotte, EUA) a fim de comprovar o efeito da aplicação das cargas na integridade dos mini-implantes.
Resultados
Os dados obtidos com relação ao torque de inserção estão expressos na tabela 2.
Tabela 2. Valores de Torques Máximo e Mínimo de Insercão, Média e Desvio Padrão
Angulação Torque mínimo Torque máximo Média Desvio Padrão
60º 31 N.cm 37 N.cm 33,56N.cm 2,30
90º 23 N.cm 33 N.cm 27,89 N.cm 3,02
As imagens radiográficas indicaram, após os testes, que os mini-implantes instalados angulados se mantiveram íntegros, enquanto os inseridos perpendiculares à base óssea apresentaram uma fratura e os outros 9 se deformaram (Figuras 6 A, B e C).
Figura 6: (A) Mini-implante fraturado. (B) Mini-implante íntegro. (C) Mini-implante deformado.
Os resultados de força máxima e de extensão de tração máxima encontram-se nas tabelas 3 e 4 respectivamente. Para a comparação das angulações em relação à força máxima, foi considerado o teste t de Student para amostras independentes. Já a comparação em relação à extensão máxima de tração foi realizada considerando-se o teste não-paramétrico de Mann- Whitney. A condição de normalidade das variáveis foi avaliada pelo teste de Shapiro-Wilks. Valores de p<0,05 indicariam significância estatística.
Em relação a força máxima testou-se a hipótese nula de que as duas angulações de instalação do mini-implante (60 graus e 90 graus) têm a mesma média de força máxima. Os valores máximos, mínimos e médios encontrados foram de 265,2 N, 195,2 N e 231,3 respectivamente para os mini-implantes inseridos em 60 graus e 303,5 N, 169,6 N e 236,1 N respectivamente para os mini-implantes inseridos em 90 graus. O resultado do teste indicou que não existe diferença significativa entre as angulações de 60 graus e 90 graus em relação à média de força máxima
Já com relação a extensão de tração máxima, testou-se a hipótese nula de que as duas angulações de instalação do mini-implante (60 graus e 90 graus) têm resultados iguais de extensão de tração máxima. O resultado do teste indicou que não existe diferença significativa entre as angulações de 60 graus e 90 graus em relação à média de extensão de tração máxima.
C
Tabela 3. Valores relacionados à força máxima. Força máxima Ângulo
n Média Mediana Mínimo Máximo Desvio
padrão
Valor de p*
60 o 10 231,3 228,1 195,2 265,2 22,1
90 o 10 236,1 227,5 169,6 303,5 40,3 0,747
* Teste t de Student para amostras independentes, p<0,05
Tabela 4. Valores referentes à extensão de tração máxima. Extensão de tração máxima Ângulo
n Média Mediana Mínimo Máximo Desvio
padrão
Valor de p*
60o 10 1,85 2,00 1,35 2,00 0,23
90 o 10 1,39 1,00 0,96 2,00 0,51 0,063
* Teste não-paramétrico de Mann-Whitney, p<0,05
Discussão
A ancoragem esquelética por meio do uso de mini-implantes tem sido amplamente utilizada na Ortodontia1,3,11,13. Contudo, alguns questionamentos ainda se fazem necessários a fim de melhorar cada vez mais o sucesso na utilização de tais dispositivos.
Uma dúvida freqüente diz respeito a angular ou não os mini-implantes durante sua instalação. Clinicamente, a instalação angulada permite maior distanciamento em relação às raízes de dentes adjacentes ao local de instalação. Por outro lado, ao angular os mini- implantes há um maior contato de roscas com a cortical óssea, o que consequentemente gera maior torque de inserção. Tal observação está de acordo com os valores de torque máximo obtidos na presente amostra, 33,56N.cm nos mini-implantes instalados angulados e 27,89 N.cm naqueles instalados perpendiculares, ambos sem qualquer alteração estrutural dos mini- implantes, comprovados por radiografias digitais realizadas antes dos testes. O torque de inserção será maior quanto maior for o comprimento e diâmetro e quanto mais cônico for o mini-implante5,14-15, além de maior espessura de cortical14. Os valores obtidos nesse trabalho para o torque são semelhantes aos encontrados na literatura5,14-15, principalmente ao de alguns autores4 que realizaram um teste com mini-implantes de mesmo diâmetro, comprimento e
marca que os utilizados na presente pesquisa e, apesar de realizar os testes em osso bovino, chegaram a um valor de torque médio de 28 N, praticamente o mesmo valor que o encontrado em nosso experimento. Entretanto os valores obtidos no presente estudo são inferiores àqueles observados por outro autor20, ao utilizar mini-implantes semelhantes (1,6 x 7mm, Neodent, Curitiba, Brasil). Uma possível explicação é a perfuração do comprimento total do mini- implante (7mm) invadindo a medular, apesar de clinicamente ser, normalmente, indicada a perfuração apenas do osso cortical. Talvez esta alteração na metodologia do presente estudo tenha levado à valores de força máxima de tração menores já que a estabilidade estaria prejudicada, devido a falta de resistência no momento de inserção7,10.
É importante ressaltar que estes valores encontrados para o torque de inserção, são bem elevados e até desnecessários clinicamente. Isto fica evidenciado em um artigo publicado por alguns autores15 em que a conclusão obtida foi que o torque ideal para inserção deve ser entre 5 e 10 N.cm e que torques menores que 5 N.cm e maiores que 10 N.cm prejudicam a estabilidade do mini-implante.
Após a análise dos resultados obtidos nos testes mecânicos, foi observado que os mini- implantes instalados perpendiculares à base óssea obtiveram valores máximos maiores até o deslocamento ou fratura em relação aos angulados, mesmo resultado obtido por um grupo de autores18, mas com uma pequena diferença, o que pode ser creditada ao tamanho da amostra utilizada na pesquisa.
No estudo de alguns autores18 os valores máximos de tração até a falha foi em média 342 N para os instalados perpendicularmente, valores superiores aos resultados obtidos no presente estudo (média de 236 N). Uma possível explicação para esta diferença pode ser a perfuração prévia no comprimento total do mini-implante, diferentemente do estudo citado anteriormente onde a perfuração prévia foi apenas na cortical, já que as dimensões dos mini- implantes eram semelhantes nos dois estudos. Outra diferença entre os dois experimentos é que no presente estudo decidiu-se pela utilização de blocos de osso sintético enquanto que os outros autores18 decidiram pela realização dos testes utilizando-se osso de cadáver humano.
A decisão pela realização dos testes em osso sintético está de acordo com a American Standard Specification and Test Method (ASTM) F 543-02 para testes de mensuração de propriedades mecânicas de parafusos metálicos instalados em osso. Ainda, a ASTM F-1839- 08 afirma que “A uniformidade e propriedades consistentes do poliuretano rígido torna este material ideal para testes comparativos de parafusos em ossos e outros materiais e instrumentos médicos” Alguns autores6 afirmaram que a utilização de osso artificial em testes
mecânicos apresenta como vantagem a uniformidade da espessura da cortical e densidade óssea.
Para os mini-implantes angulados em 45 graus, eles18 encontraram 253 N de média de tração máxima de força, valor mais próximo ao do presente trabalho que em média foram de 231 N. Neste caso, os valores se aproximaram porque utilizou-se uma angulação de 60 graus, se aproximando mais dos 90 graus, enquanto que os outros autores18 trabalharam com uma angulação de 45 graus. Avaliando-se os resultados dos dois trabalhos percebe-se que, até ocorrer a falha, a força máxima aplicada é maior quanto maior for o ângulo de inserção.
No entanto, observa-se nesse estudo que durante a aplicação da força, os mini- implantes perpendiculares apresentaram deformação estrutural e foi encontrada até uma fratura, enquanto que os angulados não sofreram alteração estrutural evidente. Desta maneira, apesar dos mini-implantes instalados perpendiculares apresentarem valor máximo de tração maior que os angulados até a falha, eles apresentaram falhas estruturais, em contrapartida os angulados apenas se deslocaram na cortical. Informação semelhante foi encontrada por alguns autores16 , quando realizaram um teste para aferir a força necessária para se fraturar mini- implantes instalados perpendicularmente. Foram utilizados mini-implantes da marca Neodent (Curitiba, Brasil), a mesma utilizada nesse trabalho e com metodologia semelhante. Apesar de apresentar um resultado parecido com o presente trabalho, como a deformação em todas as peças, o valor médio encontrado por outros autores16 ao fraturar foi de, aproximadamente, 119 N. No presente trabalho encontrou-se forças médias de 236 N e, ainda assim, apenas um foi fraturado. Uma possibilidade para esta diferença é que esses autores16 utilizaram osso suíno, que pode ser mais denso que o osso artificial utilizado nessa pesquisa, provocando a fratura com uma força mais leve, já que o mini-implante, ao ser submetido à uma carga, se desloca com mais dificuldade em um osso mais denso e uma alavanca é formada com maior facilidade resultando na fratura antes de haver algum deslocamento.
O comportamento diferente dos mini-implantes angulados com relação à ausência de deformação estrutural pode ser devido à força de tração da carga estar sendo aplicada na mesma direção do longo eixo de inserção, facilitando assim uma tendência de remoção e proporcionando um deslocamento, ao invés de alteração estrutural ou fratura. Com relação aos mini-implantes inseridos perpendicularmente, a força de tração horizontal pode ter provocado uma alavanca na região da base óssea que separava a parte inserida da não inserida do mini-implante, provocando a deformação estrutural ou fratura apresentados nesse estudo e no de outros autores16.
Com relação a extensão da tração máxima, os mini-implantes perpendiculares obtiveram resultados menos padronizados, isto quer dizer que cada um respondeu com uma força máxima de tração em um momento diferente no gráfico, já os angulados tiveram um desvio padrão menor obtendo as forças de tração máxima próximas umas das outras durante o período de deslocamento da célula de carga.
Apesar de não ser possível reportar os resultados encontrados no presente estudo fielmente para a clínica ortodôntica, é interessante observar que os valores encontrados para força máxima são extremamente superiores aos utilizados nos pacientes. Esses valores foram superiores a 200 N ou 20 Kg, enquanto no paciente as forças utilizadas se limitam a poucas gramas. Desta maneira fica comprovada a eficiência e segurança dos mini-implantes com relação à mecânica ortodôntica, mostrando que as falhas, se ocorrerem, acontecerão durante a instalação ou remoção e difilmente acontecerão durante a realização da mecânica.
Conclusão
A partir do objetivo proposto, conclui-se que os mini-implantes instalados em 90º e 60º apresentaram uma resistência semelhante aos testes de tração, não havendo diferença estatisticamente significante. Os mini-implantes instalados em 60º foram submetidos à força de tração na mesma direção do seu longo eixo, facilitando sua remoção ou deslocamento, proporcionando uma ausência de falhas estruturais observadas radiograficamente. Já os mini- implantes instalados em 90º sofreram deformações estruturais e ocorreu uma fratura.